800MPa级水电用钢厚板的组织与性能研究

【摘要】：近年来我国水电事业发展迅猛,大多数抽水蓄能电站,因为HD值较高,为了减小钢管、蜗壳、岔管的壁厚,降低施工和焊接的难度,开始采用800MPa级的水电用钢。目前,800MPa级水电用钢并没有纳入国家标准,与国外相比,国内水电用钢质量虽然在强度级别上较为接近,但是在塑性指标、低温冲击性能方面还存在着一定的差距。本文采用实验室试验研究、理论分析与工业试制相结合的方法,根据某钢厂的设备和工艺条件,制定合理的实验室试验方案,确保厚度为60mm的800MPa级水电用钢经过调质处理后达到该厂要求的技术指标。本文主要研究内容如下：(1)设计试验钢的成分,为试验钢在后续加工中获得所需要的性能提供了成分上的保证。采用Thermo-Calc软件计算主要元素对试验钢平衡析出相的影响规律,并运用JMatPro软件计算主要元素对试验钢淬透性的影响规律,再结合成本因素,充分发挥各个化学成分的作用,确保60mm厚板的淬透性良好,并在达到力学性能的前提下保证良好的焊接性能。(2)利用热膨胀实验,结合金相组织及硬度检测,得到试验钢的静态CCT曲线和动态CCT曲线,研究分析了冷速和应变对CCT曲线的影响。根据CCT曲线可知试验钢具有良好的淬透性,离线再加热奥氏体化淬火比在线直接淬火更容易得到马氏体组织,未变形组织在50C/s以后便转化为马氏体,变形后却要达到20℃C/s才能转化为马氏体。(3)在热模拟试验机上进行单道次压缩实验,得到应力-应变曲线,综合分析变形温度、变形程度和变形速率对变形抗力的影响,给出试验钢的变形抗力模型。在热模拟试验机上进行双道次压缩实验,研究奥氏体静态再结晶的规律,综合分析了变形温度和变形时间间隔对变形抗力的影响规律。(4)研究了试验钢奥氏体粗化温度,实验结果表明,试验钢在1200℃C以下温度范围内加热时,由于微合金碳氮化物作用阻止了奥氏体晶粒异常长大,随着析出物的回溶,奥氏体晶粒也发生尺寸明显长大,微合金元素的添加增加了奥氏体再结晶的激活能。试验钢热轧加热温度设定为1200℃C左右。(5)设计轧后直接水冷,空冷至室温和水冷至500℃C然后空冷至室温等不同的冷却方式,观察热轧后和调质处理态组织检测其力学性能。研究结果表明,热轧后水冷得到的组织为马氏体,空冷和控冷得到的组织为粒状贝氏体；低碳马氏体组织的强韧性最好。轧后力学性能中除强度超过要求指标外,塑韧性均不满足要求。轧后组织经调质处理后,得到晶粒细小等轴的a相基体上分布着弥散的颗粒状碳化物的回火索氏体组织,所以试验钢的塑韧性明显增加,离线再加热淬火调质处理的组织更加均匀所以性能优于在线淬火调质处理。(6)对试验钢调质处理工艺进行系统的研究。结果表明：920℃保温50min时试验钢调质处理后具有好的力学性能。降低淬火温度,元素不能充分固溶从而在高温回火后析出量减少导致力学性能次之；升高淬火温度,晶粒长大导致韧性下降；缩短淬火保温时间会使晶粒尺寸不均匀导致力学性能下降,延长保温时间虽然晶粒均匀但是析出物尺寸增大并且容易沿界面析出导致力学性能下降。选择最佳淬火工艺然后650℃回火保温1h,升高回火温度延长回火时间会使回火索氏体转变更充分,位错密度减少,碳化物尺寸更大,从而强度下降,韧性升高；同理降低回火温度缩短回火时间使试验钢的强度升高韧性下降。经过实验室优化实验方案,800MPa级水电用钢最终力学性能满足要求,可以为实际生产提供指导依据。 【关键词】：水电用钢 800MPa 轧制 冷却 调质处理 力学性能
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 国内大型水电站用钢现状13-15
• 1.1.1 压力钢管用钢13-14
• 1.1.2 蜗壳用钢14-15
• 1.2 钢的调质处理15-17
• 1.2.1 调质处理的分类15-16
• 1.2.2 淬火和高温回火的作用16-17
• 1.3 钢的强韧化机制17-19
• 1.3.1 固溶强化17
• 1.3.2 位错强化17
• 1.3.3 细晶强化17-18
• 1.3.4 第二相强化18-19
• 1.3.5 韧化机制19
• 1.4 课题研究目的和内容19-21
• 第2章 试验材料及成分设计21-31
• 2.1 实验方案21-22
• 2.2 实验结果及分析讨论22-28
• 2.2.1 C元素优化设计22-23
• 2.2.2 Cr元素优化设计23-24
• 2.2.3 Mn元素优化设计24-26
• 2.2.4 Mo元素优化设计26-27
• 2.2.5 Ni元素优化设计27-28
• 2.2.6 其他元素的确定28
• 2.3 实验材料28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 试验钢的连续冷却转变规律研究31-41
• 3.1 实验方案31-33
• 3.1.2 静态CCT实验方案31-32
• 3.1.3 动态CCT实验方案32-33
• 3.2 实验结果及分析33-39
• 3.2.1 试验钢的临界点温度33-34
• 3.2.2 不同冷速下的显微组织34-37
• 3.2.3 试验钢的CCT曲线37-39
• 3.3 本章小结39-41
• 第4章 试验钢的热变形规律研究41-53
• 4.1 实验方案41-43
• 4.1.1 单道次压缩实验方案41-42
• 4.1.2 双道次压缩实验方案42-43
• 4.2 变形抗力模型试验结果与分析43-49
• 4.2.1 变形温度对变形抗力的影响44-45
• 4.2.2 应变速率对变形抗力的影响45-46
• 4.2.3 变形程度对变形抗力的影响46-48
• 4.2.4 变形抗力模型的建立48-49
• 4.3 静态软化率曲线49-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 试验钢厚板热轧及调质处理工艺研究53-79
• 5.1 实验方案53-57
• 5.1.1 加热奥氏体化温度研究54
• 5.1.2 轧制和冷却工艺54-56
• 5.1.3 调质处理工艺56-57
• 5.2 加热奥氏体化结果57-60
• 5.3 轧制工艺对性能的影响60-64
• 5.3.1 热轧后组织和性能60-63
• 5.3.2 热轧试样热处理后性能63-64
• 5.4 调质处理工艺研究64-76
• 5.4.1 淬火温度对性能的影响66-68
• 5.4.2 淬火保温时间对性能的影响68-71
• 5.4.3 回火温度对性能的影响71-74
• 5.4.4 回火时间对性能的影响74-75
• 5.4.5 调质处理钢的析出75-76
• 5.5 本章小结76-79
• 第6章 结论79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85

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